SPI协议解析

1、SPI介绍

1.1 什么是SPI

    SPI 是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外设接口。是Motorola(摩托罗拉)首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

1.2 总线介绍

1.2.1 通信特点

    1、全双工通信模式：允许数据同时双向传输。
    2、同步通信：SPI使用主设备提供的时钟信号（SCLK）来同步数据传输，确保数据的正确接收和发送。
    3、高速传输：SPI支持较高的数据传输速率，具体速率取决于时钟频率和微控制器的能力，一般常用的是400KHz----10MHz。
    4、接口简单：SPI接口只需要四根线：SCLK、MOSI、MISO和CS。
    5、主从结构的通信方式：SPI分为主、从两种模式，一个SPI通讯系统需要包含一个（且只能是一个）主设备，一个或多个从设备。提供时钟的为主设备（Master），接收时钟的设备为从设备（Slave），SPI接口的读写操作，都是由主设备发起。当存在多个从设备时，通过各自的片选信号进行管理.

1.2.2 优缺点总结

1、优点

• 传输速度快，有的应用甚至高达10Mbps。
• 支持全双工通信。
• 相较于IIC协议，SPI控制简单，编程较容易。
• 无总线仲裁机制，健壮性好。

2、缺点

• 无寻址机制，因此需要片选信号来充当寻址作用。
• 无错误检测机制，无应答机制。
• 不能进行长距离的通信。
  
  

1.2.3 四根信号线

名称	全称	作用
SCLK	Serial Clock，串行时钟	主从设备进行通信时的时钟，用于同步数据，由主设备产生
MOSI	Master Output Slave Input，主出从入数据线	数据出口，用于主设备向从设备发送数据
MISO	Slave Output Master Input，主入从出数据线	数据入口，用于从设备向主设备发送数据
CS/SS_n	Slave Select，片选信号	用于选择主设备要进行访问的从设备

    注意：SPI进行数据传输时不一定需要四根线才能工作，在一些单向通信的应用场景里，SPI只需要三根线也能正常工作，甚至在主从设备一对一的应用里只需SCLK和MOSI也可以使用。

1.2.4 硬件连接

    2、一主一从模式

    2、一主多从模式
    在一主多从的应用场景下，所有从设备的SCLK，MOSI以及MISO三线是并联到主设备的总线上的，因此此种应用从设备的MISO应设置为三态，在从设备没有被选中进行通信时，其MISO为高阻状态，否则其会影响其它主从设备的正常通信。，

1.3 SPI通信时序

1.3.1 数据传输模式

    SPI通过时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）共同决定了四种不同的传输时序：

• CPOL：表示当SCLK空闲时，其值是高电平还是低电平。
• CPHA：表示是在时钟的第一个跳变沿采样还是第二个跳变沿采样，如CPHA=0表示在时钟的第一个跳变沿进行采样，第二个跳变沿进行数据发送，CPHA-1时则恰好相反。

    四种时序如下表：

Mode	CPOL	CPHA	空闲时时钟电平	采样时间	输出时间
0	0	0	低电平	上升沿	下降沿
1	0	1	低电平	下降沿	上升沿
2	1	0	高电平	下降沿	上升沿
3	1	1	高电平	上升沿	下降沿

1.3.2 时序图

    1、Mode0时序：时钟空闲时为低电平，上升沿即为第一个跳变沿，下降沿为第二个跳变沿，时钟第一个跳变沿进行数据采样，第二个沿进行数据发送，如下图：

    2、Mode1时序：时钟空闲时为低电平，上升沿即为第一个跳变沿，下降沿为第二个跳变沿，时钟第二个跳变沿进行数据采样，第一个沿进行数据发送，如下图：

    3、Mode2时序：时钟空闲时为高电平，下降沿即为第一个跳变沿，上升沿为第二个跳变沿，时钟第一个跳变沿进行数据采样，第二个沿进行数据发送，如下图：

    4、Mode3时序：时钟空闲时为高电平，下降沿即为第一个跳变沿，上升沿为第二个跳变沿，时钟第二个跳变沿进行数据采样，第一个沿进行数据发送，如下图：



    注：四种时序看器件要求和个人需求，主、从设备必须使用同一个时序才能够正常进行交互。
    

链接

    https://blog.csdn.net/weixin_46022434/article/details/105624672
    https://blog.csdn.net/as480133937/article/details/105764119
    
    

原文地址：https://blog.csdn.net/qq_46689721/article/details/142588875

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